(57)【要約】  本発明の１軸動力変換装置は、波の運動エネルギーが入力され、ワイヤによって海に係留される浮遊ユニットと、前記ワイヤの方向を転換する方向転換部と、前記ワイヤの張力を発電機に伝達する動力変換モジュールと、を含み、前記動力変換モジュールは、前記ワイヤが巻き取られるドラムから、前記発電機が連結された動力軸に駆動力を伝達することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波の運動エネルギーが入力され、ワイヤによって海に係留される浮遊ユニットと、
前記ワイヤの方向を転換する方向転換部と、
前記ワイヤの張力を発電機に伝達する動力変換モジュールと、を含み、
前記動力変換モジュールは、前記ワイヤが巻き取られるドラムから、前記発電機が連結された動力軸に駆動力を伝達する、１軸動力変換装置。
【請求項２】
前記動力変換モジュールは、前記ドラムと前記動力軸の間に介在される一方向回転部材を備え、
前記ドラムは、前記浮遊ユニットによって前記ワイヤが引っ張られれば順方向に回転し、前記浮遊ユニットが前記ワイヤを引っ張る力が解除されれば前記ワイヤが巻き取られるように逆方向に回転し、
前記動力軸は前記一方向回転部材によって前記ドラムの回転軸となり、前記ドラムの回転方向にかかわらず前記順方向にだけ回転する、請求項１に記載の１軸動力変換装置。
【請求項３】
前記動力変換モジュールは、前記ドラムと前記動力軸の間に介在される一方向回転部材、及び前記一方向回転部材を制御するモード転換部を備え、
前記一方向回転部材は、前記ドラム又は前記動力軸に拘束される拘束部を備え、
前記拘束部は前記モード転換部によって第１モード又は第２モードに動作し、
前記第１モードは、前記ドラムの順方向回転時に前記ドラムと前記動力軸を拘束し、前記ドラムの逆方向回転時に前記ドラムと前記動力軸の拘束を解除する動作モードであり、
前記第２モードは、前記ドラムの回転方向にかかわらず、前記拘束部が前記ドラムと前記動力軸の拘束を解除する動作モードである、請求項１に記載の１軸動力変換装置。
【請求項４】
前記ワイヤが引っ張られるときに前記ドラムが順方向に回転すれば、前記動力軸は予め設定されたプリセット方向に回転し、
前記動力変換モジュールは、前記動力軸の前記プリセット方向の回転慣性を増加させる慣性部を備える、請求項１に記載の１軸動力変換装置。
【請求項５】
前記動力変換モジュールは、前記ドラムと前記動力軸の間に介在される一方向回転部材、及び前記ドラムを前記ワイヤが巻き取られる逆方向に回転させる復元部材を備え、
前記ワイヤの張力によって前記ドラムが前記ワイヤの解ける順方向に回転すれば、前記動力軸は前記一方向回転部材によって予め設定されたプリセット方向に回転し、
前記ワイヤの張力が解除されれば、前記ドラムは前記復元部材によって前記逆方向に回転しながら前記ワイヤを巻き戻す、請求項１に記載の１軸動力変換装置。
【請求項６】
前記浮遊ユニットには前記ワイヤが３本以上連結され、
前記ワイヤがかけられる方向転換部を複数備え、
前記ワイヤの一端部は前記浮遊ユニットに連結され、
前記ワイヤの他端部は前記ドラムに巻き取られ、
前記ドラムは少なくとも前記浮遊ユニットに連結されたワイヤの本数に対応する数だけ備え、
各ドラムは前記動力軸の長さ方向に互いに異なる位置に配置され、前記ワイヤが解ける回転方向が全て同一であるように形成される、請求項１に記載の１軸動力変換装置。
【請求項７】
前記動力変換モジュールは前記ドラム及び前記動力軸を含み、
前記動力変換モジュールは複数備え、
それぞれの前記動力変換モジュールはカップリングによって着脱可能に連結される、請求項１に記載の１軸動力変換装置。
【請求項８】
前記ドラムと前記動力軸の間に介在される一方向回転部材を備え、
前記動力変換モジュールは、前記ドラム、前記動力軸及び前記一方向回転部材を含み、
前記動力変換モジュールを複数備えるとき、複数の前記動力変換モジュールを連結するカップリングを備え、
複数の前記動力変換モジュールは同じ形状又は大きさに形成される、請求項１に記載の１軸動力変換装置。
【請求項９】
前記動力変換モジュールを複数備えるとき、複数の前記動力変換モジュールを連結するカップリングを備え、
前記カップリングは、特定の動力変換モジュールに設けられた動力軸の一端に他の動力変換モジュールに設けられた動力軸の他端を連結し、
前記カップリングによって前記ドラムは各動力軸の長さ単位で付け加えられ、
前記浮遊ユニットから伸びる前記ワイヤは前記動力軸に垂直に交差し、交差地点に最も近く配置されたドラムに巻き取られ、
前記カップリングで連結された複数の動力軸は一緒に回転し、複数の動力軸の少なくとも一つには前記発電機がリンクされる、請求項１に記載の１軸動力変換装置。
【請求項１０】
前記動力軸は前記ドラムによって回転し、
前記ドラムは、前記ワイヤの解ける順方向及び前記ワイヤの巻き取られる逆方向に回転可能に形成され、
前記動力軸は、予め設定されたプリセット方向にだけ回転できるように形成される、請求項１に記載の１軸動力変換装置。
【請求項１１】
前記発電機及び前記動力変換モジュールは前記浮遊ユニットに取り付けられ、前記浮遊ユニットとともに浮遊する、請求項１に記載の１軸動力変換装置。
【請求項１２】
前記方向転換部は前記発電機及び前記動力変換モジュールとともに前記浮遊ユニットに取り付けられ、前記浮遊ユニットとともに浮遊する、請求項１１に記載の１軸動力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波の運動エネルギーを回転運動エネルギーに変換する１軸動力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー消費が急激に増加して地球温暖化などの環境問題が増えるに伴い、環境汚染のない新材生エネルギーに対する関心が高くなっている。
【０００３】
波は新材生エネルギー源のうちでも高密度エネルギー源であり、一日２４時間中にずっと発電可能であるから注目されるエネルギー源であるが、研究開発は１９４０年に始まった。波力発電は他の新材生エネルギーに比べて市場の形成が非常に遅い方である。最近（２００８年）に入って初めて商用化したシステムが登場するほどである。
【０００４】
波の運動エネルギーは非常に不規則的で不均一であるため、発電機を駆動することができる均一な回転運動エネルギーに変換する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、ワイヤを用いて波の運動エネルギーを発電機に伝達する１軸動力変換装置を提供するためのものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１軸動力変換装置は、波の運動エネルギーが入力され、ワイヤによって海に係留される浮遊ユニットと、前記ワイヤの方向を転換する方向転換部と、前記ワイヤの張力を発電機に伝達する動力変換モジュールと、を含み、前記動力変換モジュールは、前記ワイヤが巻き取られるドラムから、前記発電機が連結された動力軸に駆動力を伝達することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の１軸動力変換装置は、波によって遊動する浮遊ユニットに連結されたワイヤが巻き取られるドラム、及びドラムが取り付けられる単一動力軸又は同軸上に配置される複数の動力軸を用いて発電機を駆動することができる。
【０００８】
本発明の１軸動力変換装置は、単一動力軸又は同軸上に配置される複数の動力軸にドラムと発電機がリンクされる簡素な構造を有するので、製造が容易であり、取り付けられる浮遊ユニットの個数に合わせて易しく拡張することができる。
【０００９】
本発明の１軸動力変換装置によれば、動力変換モジュールの構造がブロック化又はモジュール化するので、浮遊ユニットに発電機、動力変換モジュール、動力軸、ドラム、及び一方向回転部材が取り付けられて浮遊ユニットとともに浮遊する浮遊式波力発電システムを具現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の１軸動力変換装置を示す概略図である。
【図２】本発明の１軸動力変換装置を示す側面図である。
【図３】本発明の浮遊ユニットにワイヤが連結される連結点を示す概略図である。
【図４】本発明のベースユニットに方向転換部が形成された位置を示す概略図である。
【図５】本発明の動力変換モジュールの一実施例を示す概略図である。
【図６】本発明の動力変換モジュールの他の一実施例を示す概略図である。
【図７】本発明の動力変換モジュールのさらに他の一実施例を示す概略図である。
【図８】本発明の一方向回転部材を示す概略図である。
【図９】本発明の一実施例による動力変換モジュールを示す概略図である。
【図１０】本発明のさらに他の実施例による動力変換モジュールを示す概略図である。
【図１１】本発明のさらに他の実施例による動力変換モジュールを示す概略図である。
【図１２】浮遊式波力発電装置に適用された本発明の１軸動力変換装置を示す概略図である。
【図１３】浮遊式波力発電装置に適用された１軸動力変換装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は本発明の１軸動力変換装置を示す概略図、図２は本発明の１軸動力変換装置を示す側面図である。
【００１２】
図示の１軸動力変換装置は、浮遊ユニット２００、方向転換部３１０及び動力変換モジュール１００を含むことができる。
【００１３】
浮遊ユニット２００は海水面５０又は海水中に位置し、波によって引き起こされる海水面５０の変化によって並進運動するとか回転運動することができる。波による浮遊ユニット２００の並進運動エネルギー又は回転運動エネルギーを海上又は陸上の発電機９０に伝達する多様な方法があり得る。本発明では、フレキシブルなワイヤ１０を用いて、波による浮遊ユニット２００の運動エネルギーを発電機９０に伝達している。
【００１４】
本発明の１軸動力変換装置が適用された発電システムは次のように動作することができる。
【００１５】
まず、波力を浮遊ユニット２００の運動エネルギーとして吸収し、ワイヤ１０を介して浮遊ユニット２００の運動エネルギーを発電機９０に伝達することができる。
【００１６】
発電機９０は、ワイヤ１０を介して伝達された運動エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。
【００１７】
波力エネルギーを機械エネルギーとして１次的に吸収する浮遊ユニット２００はフレキシブルなワイヤ１０によって海上に係留されて浮遊するから、波の動きによって上下左右への運動又は回転運動することができる。
【００１８】
ワイヤ１０の一端部は浮遊ユニット２００に連結されることができる。浮遊ユニット２００から伸びるワイヤ１０は浮遊ユニット２００から離隔した位置、例えば海底に設けられたベースユニット３００を通過して、海上又は陸上に設置された発電機９０に連結されるとか、あるいは防波堤３０などの海上構造物に設置された発電機９０に連結されることができる。
【００１９】
ベースユニット３００には、浮遊ユニット２００から伸びたワイヤ１０がかけられる方向転換部３１０が複数設けられることができる。方向転換部３１０は浮遊ユニット２００から伸びるワイヤ１０の方向を転換させることができる。一例として、方向転換部３１０は滑車を含むことができる。ワイヤ１０がかけられる方向転換部３１０はベースユニット３００に取り付けられずに海底に直接固定されるとかあるいは浮遊ユニット２００に固定されることができる。
【００２０】
図３は本発明の浮遊ユニット２００にワイヤ１０が連結される連結点を示す概略図である。
【００２１】
浮遊ユニット２００には平面上で互いに異なる位置に３本以上のワイヤ１０が連結されることができる。ワイヤ１０の方向を転換する方向転換部３１０もワイヤ１０の本数に対応して複数設けられることができる。
【００２２】
浮遊ユニット２００の多自由度運動エネルギーを発電機９０に伝達するために、浮遊ユニット２００にワイヤ１０が固定されるとかかけられる連結点ｄ、ｅ、ｆは互いに離隔することができる。
【００２３】
連結点ｄ、ｅ、ｆが互いに離隔することにより、浮遊ユニット２００はｘ軸／ｙ軸／ｚ軸方向への並進運動又はｘ軸／ｙ軸／ｚ軸を中心とする回転運動に対する並進又は回転運動エネルギーをワイヤ１０に伝達することができる。好ましくは、３個以上の連結点ｄ、ｅ、ｆが共通の一直線上に位置しないことが多自由度運動を吸収してワイヤ１０に伝達するのに有利であり得る。
【００２４】
本発明の１軸動力変換装置の複数のワイヤ１０及び連結点配置構造は高効率発電、多自由度発電、発電量の恒常性、環境適応性、波変動対応性を画期的に高めることができる。
【００２５】
浮遊ユニット２００に連結された複数本のワイヤ１０が正常に運動エネルギーを伝達するためには、方向転換部３１０の位置も重要であり得る。
【００２６】
図３及び図４に示したように、ベースユニット３００においてワイヤ１０がかけられる方向転換部３１０が設けられた位置ａ、ｂ、ｃを円弧として有する仮想円を閉曲線Ｋと定義することができる。浮遊ユニット２００においてワイヤ１０が連結される連結点ｄ、ｅ、ｆを円弧として有する仮想円を閉曲線Ｇと定義することができる。閉曲線Ｋの直径をｕ、閉曲線Ｇの直径をｖと言う。
【００２７】
ここで、直径ｕと直径ｖが違えば、一ワイヤ１０が張力を受けるとき、他のワイヤ１０は張力が解消されることができる。よって、張力が交互に発生するので、浮遊ユニット２００の一運動周期に対して互いに異なるワイヤ１０がエネルギーを吸収することができる。
【００２８】
図５は本発明の動力変換モジュールの一実施例を示す概略図である。
【００２９】
動力変換モジュール１００は、ベースユニット３００又は方向転換部３１０を通過したワイヤ１０の張力を発電機９０に伝達することができる。動力変換モジュール１００はワイヤ１０の張力を介して伝達された浮遊ユニット２００の運動エネルギーを発電機９０の駆動に必要な駆動エネルギーに変換することができる。
【００３０】
本発明の１軸動力変換装置は、波力を用いて発電機９０を駆動して電気エネルギーを生産する発電システムに適用することができる。よって、図５及び図６に示したように、動力変換モジュール１００の出力端として発電機９０の軸９１と動力軸１３０は単一共通軸となり得る。一方、図７に示したように、ドラム１１０が連結された動力軸１３０はギア（図示せず）又はカップリング１９０などを介して発電機９０の軸９１に連結され、発電機９０の軸９１とともに回転するように形成されることができる。
【００３１】
一例として、動力変換モジュール１００は、浮遊ユニット２００を通過したワイヤ１０が巻き取られるドラム１１０及びドラム１１０によって回転する動力軸１３０を含むことができる。動力変換モジュール１００は、ワイヤ１０が巻き取られるドラム１１０から、発電機９０が連結された動力軸１３０に駆動力を伝達することができる。具体的に、動力変換モジュール１００はドラム１１０が取り付けられる単一動力軸１３０又は同軸上に配置される複数の動力軸１３０を介して発電機９０を駆動することができる。
【００３２】
ドラム１１０は外周面にワイヤ１０が巻き取られる円筒状又は円柱状に形成されることができる。ドラム１１０はワイヤ１０が解ける順方向（ａ）及びワイヤ１０が巻き取られる逆方向（ｂ）に回転できるように形成されることができる。言い換えれば、ドラム１１０は時計方向にも反時計方向にも回転できるように形成されることができる。図５〜図７には反時計方向が順方向（ａ）であり、時計方向が逆方向（ｂ）である実施例が示されている。
【００３３】
波力によって浮遊ユニット２００がｘ軸／ｙ軸／ｚ軸方向に並進運動するとかｘ軸／ｙ軸／ｚ軸を中心として回転運動すれば、ワイヤ１０の張力は方向転換部３１０を介してドラム１１０に印加されることができる。ワイヤ１０の張力によってドラム１１０はワイヤ１０が解ける順方向（ａ）に回転することができる。
【００３４】
波が過ぎ去ってワイヤ１０の張力が解除されれば、次の波に備えるためにワイヤ１０はドラム１１０に巻き戻されることができる。ドラム１１０は、ワイヤ１０を巻き戻すために、ワイヤ１０が巻き取られる逆方向（ｂ）に回転することができる。ドラム１１０を逆方向（ｂ）に回転させるために、動力変換モジュール１００には復元部材（図示せず）が設けられることができる。復元部材は、ドラム１１０を逆方向（ｂ）に回転させるぜんまい、スプリング、重錘などを含むことができる。
【００３５】
ドラム１１０によって回転する動力軸１３０は、両方向に回転可能なドラム１１０とは違い、予め設定されたプリセット方向（ｃ）にだけ回転することができるように形成されることができる。
【００３６】
動力軸１３０は発電機９０の軸９１に連結される動力変換モジュール１００の出力端となることができる。必要によって、発電機９０の軸９１と動力軸１３０の間には回転方向を変換する方向変換部（図示せず）が設けられるとか、発電機９０の軸９１と動力軸１３０の回転比を調節する減速機、アクセレレーターなどの速度調節部（図示せず）が設けられることができる。
【００３７】
効率的な電気エネルギーの生産及び発電機９０の保護のために、発電機９０の軸９１は特定方向にだけ回転することが好ましい。よって、発電機９０の軸９１に連結可能な動力軸１３０は予め設定されたプリセット方向（ｃ）にだけ回転することが好ましい。プリセット方向（ｃ）はドラム１１０の回転方向の一つであっても、ドラム１１０の回転軸と違う軸を中心とする回転方向であってもかまわない。
【００３８】
動力変換モジュール１００の構造を簡素化するために、プリセット方向（ｃ）はドラム１１０の順方向（ａ）と同一であることが有利である。
【００３９】
波力エネルギーが発電機９０に伝達されるように、動力軸１３０は波力によって発生したワイヤ１０の張力によってドラム１１０が順方向（ａ）に回転するとき、ドラム１１０に拘束された状態でプリセット方向（ｃ）に回転することができる。反対に、動力軸１３０は、復元部材によってドラム１１０が逆方向（ｂ）に回転するとき、ドラム１１０との拘束が解除されることができる。動力軸１３０は、ドラム１１０が逆方向（ｂ）に回転しても、ドラム１１０との拘束が解除された状態であるので、回転中のプリセット方向（ｃ）にそのまま回転することができる。
【００４０】
図５には復元部材の一実施例が示されている。これによれば、ドラム１１０に連結され、ドラム１１０に復元力を作用する復元部材が示されている。図５のように、ドラム１１０に連結される復元部材は、ぜんまいスプリング１５０、コイルスプリング４２０、重錘などからなることができる。ワイヤ１０の張力によってドラム１１０が順方向（ａ）に回転するとき、復元部材４２０はドラム１１０を逆方向（ｂ）に回転させてワイヤ１０をドラム１１０に巻き戻す機能をする。
【００４１】
図６は本発明の動力変換モジュールの他の一実施例を示す概略図である。図６に示した復元部材はコイルスプリング４２０、重錘などからなることができる。図示の復元部材はワイヤ１０の一端部に連結される。ワイヤ１０の一端部は浮遊ユニット２００に連結され、ワイヤ１０の他端部４３０はコイルスプリング４２０を含む復元部材に連結され、ワイヤ１０の中間部はドラム１１０に巻き取られる。コイルスプリング４２０を含む復元部材及び浮遊ユニット２００はワイヤ１０の両端からワイヤ１０を引っ張る。浮遊ユニット２００がワイヤ１０を引っ張る力がもっと大きければ、ドラム１１０は順方向（ａ）に回転して動力軸１３０を駆動する。波力が解除され、浮遊ユニット２００より復元部材がワイヤ１０を引っ張る力が大きければ、ドラム１１０は逆方向（ｂ）に回転してワイヤ１０をドラム１１０に巻き戻す。このとき、ドラム１１０は動力軸１３０との連結が解除され、動力軸１３０上で空回りする。
【００４２】
図示のものによれば、単一ワイヤ１０の両端に浮遊ユニット２００及び復元部材が連結されるので、別途のワイヤに浮遊ユニット２００及び復元部材が連結される場合に比べ、浮遊ユニット２００で作用する波力が直接ドラム１１０に伝達され、復元部材の復元力が損失なしにワイヤ１０に直接伝達される利点がある。
【００４３】
図７は本発明の動力変換モジュール１００を示す概略図である。図７にはフライホイールなどの慣性部１７０とカップリング１９０を備えた実施例が示されている。
【００４４】
図５〜図７によれば、波によって発生したワイヤ１０の張力を伝達されるために、ドラム１１０と動力軸１３０が連結され、ドラム１１０の両方向回転と動力軸１３０のプリセット方向回転を満たすために、動力変換モジュール１００には一方向回転部材１５０が設けられることができる。
【００４５】
一方向回転部材１５０はドラム１１０と動力軸１３０の間に介在されることができる。
【００４６】
一例として、一方向回転部材１５０は一方向クラッチ（ｏｎｅ  ｗａｙ  ｃｌｕｔｃｈ）を含むことができる。ドラム１１０は、浮遊ユニット２００によってワイヤ１０が引っ張られれば、順方向（ａ）に回転し、浮遊ユニット２００がワイヤ１０を引っ張る力が解除されれば、ワイヤ１０が巻き取られるように逆方向（ｂ）に回転することができる。このとき、動力軸１３０は一方向回転部材１５０によってドラム１１０の回転軸となることができる。ドラム１１０の回転軸となる動力軸１３０は一方向回転部材１５０によってドラム１１０の回転方向にかかわらず順方向（ａ）にだけ回転することができる。
【００４７】
図８は本発明の一方向回転部材１５０を示す概略図である。
【００４８】
一方向回転部材１５０にはドラム１１０又は動力軸１３０に拘束される拘束部１５１が設けられることができる。
【００４９】
拘束部１５１は、ドラム１１０の順方向回転時にドラム１１０と動力軸１３０を拘束し、ドラム１１０の逆方向回転時にドラム１１０と動力軸１３０の拘束を解除することができる。
【００５０】
一例として、一方向回転部材１５０は中空管状に形成されることができる。中空動力軸１３０が固定的に嵌合されることができる。一方向回転部材１５０の外周面には、放射方向に突出するとか陷沒するラッチ（ｌａｔｃｈ）状の拘束部１５１が設けられることができる。拘束部１５１に対応して、ドラム１１０の内周面には一方向に傾いた一方向ギア１１１が形成されることができる。
【００５１】
一方向回転部材１５０には拘束部１５１を放射方向に突出させる弾性部材１５３が設けられることができる。弾性部材１５３によって拘束部１５１の端部はドラム１１０の内周面に形成された一方向ギア１１１にかかった状態が維持されることができる。
【００５２】
ドラム１１０が順方向（ａ）に回転すれば、拘束部１５１の端部は一方向ギア１１１にかかった状態が維持されるので、一方向回転部材１５０も順方向（ａ）に回転することができる。動力軸１３０は一方向回転部材１５０に固定された状態であるので、一方向回転部材１５０とともに回転することができる。このとき、動力軸１３０の回転方向に相当するプリセット方向（ｃ）は順方向（ａ）と同一であり得る。
【００５３】
ドラム１１０が逆方向（ｂ）に回転すれば、拘束部１５１の端部は一方向ギア１１１に沿ってスライドすることができる。よって、ドラム１１０が逆方向（ｂ）に回転しても、一方向回転部材１５０は順方向（ａ）に回転する状態を維持することができる。よって、一方向回転部材１５０に固定された動力軸１３０もドラム１１０の逆方向回転にもかかわらず順方向（ａ）に持続的に回転することができる。
【００５４】
一方、ドラム１１０の順方向回転時にドラム１１０と動力軸１３０を拘束し、ドラム１１０の逆方向回転時にドラム１１０と動力軸１３０の拘束を解除する拘束部１５１の動作モードを第１モード（１）と定義すると、拘束部１５１は第１モードと違う動作モードにも動作することができる。拘束部１５１が複数の動作モードを有する場合、動力変換モジュール１００には一方向回転部材１５０を制御するモード転換部１６０が設けられることができる。
【００５５】
一例として、拘束部１５１はモード転換部１６０によって第１モード（１）又は第２モード（２）に動作することができる。ここで、第２モードはドラム１１０の回転方向にかかわらず拘束部１５１がドラム１１０と動力軸１３０の拘束を解除する動作モードであり得る。
【００５６】
モード転換部１６０は、第２モードを具現するために、拘束部１５１を放射方向に突出させるスプリングなどの弾性部材１５３又は拘束部１５１を一方向回転部材１５０に陷沒させることができる。第２モードによれば、モード転換部１６０によって弾性部材１５３そのものが一方向回転部材１５０の外面に陷沒するとか、拘束部１５１が強制で一方向回転部材１５０に陷沒された状態が維持されることができる。
【００５７】
モード転換部１６０によって拘束部１５１が一方向回転部材１５０に陷沒すれば、ドラム１１０の回転方向にかかわらず、拘束部１５１はドラム１１０の一方向ギア１１１と噛み合うことができずに空回りすることになる。第２モードを用いて、台風のような自然災害から動力変換モジュール１００及び発電機９０を保護することができる。また、モード転換部１６０は普段第１モードに拘束部１５１を動作させ、動力変換モジュール１００の維持補修又は発電機９０の維持補修の際には第２モードに拘束部１５１を動作させることができる。
【００５８】
ワイヤ１０の張力によってドラム１１０が順方向（ａ）に回転する速度は一定であることが好ましい。しかし、ワイヤ１０の張力を発生させる波力は不均一であるので、ドラム１１０は不均一な力によって順方向（ａ）に回転するしかない。動力軸１３０は順方向（ａ）に回転するドラム１１０によってプリセット方向（ｃ）に回転することができる。不均一に回転するドラム１１０によって、発電機９０に連結された動力軸１３０も不均一な回転速度で回転することができる。発電機９０の軸の回転速度が不均一であれば、発電機９０が損傷し易く、高品質の電気エネルギーを獲得しにくい。よって、発電機９０の軸の回転速度を均一に維持するために、動力軸１３０の回転速度を均一に維持する方案が必要である。
【００５９】
不均一な力にもかかわらず、動力軸１３０の回転速度を均一に維持するために、動力変換モジュール１００には慣性部１７０が設けられることができる。慣性部１７０は動力軸１３０のプリセット方向の回転慣性を増加させることができる。若しくは、慣性部１７０はワイヤ１０の他端部又は動力軸１３０に取り付けられ、動力軸１３０の回転速度を設定範囲内で維持させることができる。
【００６０】
一例として、図１に示したように、動力軸１３０にフライホイールが取り付けられ、動力軸１３０とフライホイールが一緒に回転することができる。フライホイールは慣性部１７０に相当することができる。慣性部１７０の例を挙げれば、フライホイール、ぜんまい、重錘、スプリングなどのどの形態であってもかまわなく、動力軸１３０の回転慣性を増加させる部材であれば十分である。
【００６１】
ワイヤ１０の張力によってドラム１１０が順方向（ａ）に回転すれば、動力軸１３０は一方向回転部材１５０によってプリセット方向（ｃ）に回転することができる。このとき、動力軸１３０のモーメントはフライホイールによって増加し、増加したモーメントによって張力が急に印加されても、動力軸１３０は設定速度範囲を外れない範囲内で徐々に回転することができる。そして、フライホイールによって増加したモーメントはフライホイールの慣性力として保存された状態となる。
【００６２】
ワイヤ１０の張力が解除されれば、ドラム１１０は復元部材によって逆方向（ｂ）に回転しながらワイヤ１０を巻き取ることができる。このとき、動力軸１３０はフライホイール及び一方向回転部材１５０によってプリセット方向（ｃ）に回転する状態が設定期間の間に維持されることができる。このとき、設定期間は特定の波が浮遊ユニット２００を通り過ぎた後、次の波が印加されるまでの期間であり得る。フライホイールがなければ、動力軸１３０は設定期間を満たす前に止まることがある。しかし、動力軸１３０はフライホイールに保存されたモーメントに相当する慣性力によって慣性が増加した状態であるので、設定期間の間に持続的に回転することができる。
【００６３】
フライホイールなどの慣性部１７０によれば、動力軸１３０の急な高速回転を防止し、動力軸１３０の極低速回転を防止することができる。よって、動力軸１３０の回転速度は発電機９０の動作に適した設定範囲内で適切に維持されることができる。
【００６４】
また、フライホイールを用いる場合、慣性部１７０の設置空間を最小化することができる。また、複数本のワイヤ１０が動力変換モジュール１００に連結された場合、ワイヤ１０間の干渉を減らすことができる。
【００６５】
図９は本発明の一実施例による動力変換モジュール１００を示す概略図である。図１０は本発明の他の実施例による動力変換モジュール１００を示す概略図である。
【００６６】
海上に設置される浮遊ユニット２００の大きさ、個数は設置環境によって違うことができる。一例として、特定の地域では、図９のように、複数の小型浮遊ユニットが適切であり、他の地域では、図１０のように、単一大型浮遊ユニットが適切であり得る。よって、浮遊ユニット２００と動力変換モジュール１００を連結するワイヤ１０の間隔又は本数も多様に変わることができる。
【００６７】
ワイヤ１０の多様な間隔は海底面７０に設置される補助方向転換部３９０によって一部調節することができる。補助方向転換部３９０はベースユニット３００と動力変換モジュール１００の間に設けられることができ、動力変換モジュール１００に入力されるワイヤ１０の間隔及び方向を規格化することができる。しかし、補助方向転換部３９０を適用してもワイヤ１０の間隔問題は根本的に解決しにくい。また、場所ごとに違うワイヤ１０の取付本数に合わせて補助方向転換部３９０を適用することも難しい。よって、設置環境によって相異なる間隔で配置されるドラム１１０を備える必要がある。また、設置環境によって動力軸１３０に取り付けられるドラム１１０の個数を変更する必要がある。言い換えれば、設置環境によって動力変換モジュール１００は互いに異なる規格で製作されなければならない。
【００６８】
しかし、互いに異なる規格で製作された動力変換モジュール１００は互換性が低い問題があり、設置方法が規格ごとに違うので、設置及び維持補修が難しくなる。互換性を保障するとともに設置及び維持補修の便宜のために、動力変換モジュール１００はいずれも同一に製作されることが好ましい。言い換えれば、動力変換モジュール１００は、いわゆる規格化することができる。
【００６９】
動力変換モジュール１００の規格化のための方案を説明する。
【００７０】
ワイヤ１０の一端部は浮遊ユニット２００の連結点に連結され、ワイヤ１０の他端部は動力変換モジュール１００のドラム１１０に巻き取られることができる。このとき、ドラム１１０は少なくとも一つの浮遊ユニット２００に連結されたワイヤ１０の本数だけ備えられることができる。そして、各ドラム１１０は動力軸１３０の長手方向に互いに異なる位置に配置されることができる。また、複数のドラム１１０が取り付けられた１個の動力軸１３０がプリセット方向に回転するように、各ドラム１１０はワイヤ１０が解ける回転方向が全て同一であるように形成されることができる。
【００７１】
各動力変換モジュール１００に設けられた動力軸１３０はいずれも同じ長さを有し、各ドラム１１０は動力軸１３０に既設定の間隔で配置されることができる。動力軸１３０の長手方向にワイヤ１０が第１位置に配置されるとき、第１位置に設けられたドラム１１０にワイヤ１０に巻き取ることができる。第１位置から離隔した第２位置でワイヤ１０を巻き取る必要があり、動力軸１３０が第２位置まで伸びない場合があり得る。このとき、第１位置に配置された動力軸１３０に第２位置に配置された他の動力軸１３０を連結し、第２位置に対向する動力軸１３０に取り付けられたドラム１１０にワイヤ１０を巻き取ることができる。
【００７２】
本発明の１軸動力変換装置は複数の動力変換モジュール１００を連結するカップリング１９０を含むことができる。それぞれの動力変換モジュール１００はカップリングによって着脱可能に連結されることができる。
【００７３】
カップリング１９０は複数の回転軸を連結する部材であり、側面の中間部にスプリング状に巻きめぐるホールが形成されることができる。複数の回転軸を連結するとき、現実的に各回転軸は完全に平行に連結されにくい。よって、各回転軸は互いに微細に傾いた状態で連結されるが、剛体の連結部材によって各回転軸が連結されれば各種の機構的問題が発生することができる。しかし、カップリング１９０は、中間に形成されたスプリング状のホールによって、回転力はそのまま複数の回転軸に伝達しながらも、各回転軸が平行に連結できない問題を解消することができる。
【００７４】
カップリング１９０は特定の動力変換モジュール１００に設けられた動力軸１３０の一端に、他の動力変換モジュール１００に設けられた動力軸１３０の他端を連結することができる。カップリング１９０によってドラム１１０は各動力軸１３０の長さ単位で付け加えられることができる。例えば、第１動力軸と第２動力軸がカップリング１９０によって連結されるとき、第２動力軸に取り付けられた第２ドラムは第１動力軸に取り付けられた第１ドラムから動力軸１３０の長さだけ離隔して配置されることができる。
【００７５】
浮遊ユニット２００から伸びるワイヤ１０は動力軸１３０に垂直に交差し、交差地点に最も近く配置されたドラム１１０に巻き取られることができる。カップリング１９０で連結されて同軸上に配置された複数の動力軸１３０は一緒に回転し、複数の動力軸１３０の少なくとも一つには発電機９０の軸９１がリンクされることができる。
【００７６】
一例として、動力軸１３０が１ｍの長さで伸びた場合を仮定する。
【００７７】
第１位置のワイヤ１０を連結するために、第１動力軸と第１動力軸に設けられた第１ドラムを用いることができる。第１位置から１ｍだけ離隔した第２位置のワイヤ１０を第１動力軸に連結しようとすれば、ワイヤ１０は第１動力軸に対して傾いた状態となり、第１ドラムに巻き取られても第１ドラムを正常に回転させにくい。
【００７８】
このとき、カップリング１９０を用いて第２動力軸を第１動力軸に連結すれば、第２動力軸に取り付けられた第２ドラムは第１位置から動力軸１３０の長さに相当する１ｍだけ離隔した位置に付け加えられた状態となることができる。また、第２ドラムは第２位置のワイヤ１０に垂直に対向することができる。よって、第２位置のワイヤ１０は第２ドラムに無理なく巻き取られることができる。
【００７９】
図９では、動力軸１３０に複数、例えば３個のドラム１１０が取り付けられた規格化した動力変換モジュール１００がカップリング１９０を介して連結されている。そして、各動力変換モジュール１００において、各浮遊ユニット２００から引き出されたワイヤ１０が３本ずつ連結されている。
【００８０】
図１０の動力変換モジュール１００は図９の動力変換モジュール１００と同一である。但し、浮遊ユニット２００が図９のものよりずっと大きく形成されている。ここで、浮遊ユニット２００から引き出される第１ワイヤ１１、第２ワイヤ１３及び第３ワイヤ１５間の間隔は一つの動力変換モジュール１００に備えられた３個のドラム１１０間の間隔より大きくてもよい。一例として、各ワイヤ１０の間隔は１ｍであってもよく、各ドラム１１０間の間隔は０．３ｍであってもよい。この場合、長さ１ｍの動力軸１３０が設けられた３個の動力変換モジュール１００が連結されれば、各ワイヤ１０を手軽くドラム１１０に連結することができる。
【００８１】
例えば、第１ワイヤ１１、第２ワイヤ１３及び第３ワイヤ１５を連結するために、同じ規格の第１動力変換モジュール１００、第２動力変換モジュール１００及び第３動力変換モジュール１００をカップリング１９０で連結することができる。
【００８２】
第１動力変換モジュール１００の第１動力軸に設けられた３個の第１ドラムの一つに第１ワイヤ１１が巻き取られることができる。このとき、第１動力軸に設けられた３個の第１ドラムのうち残りの二つにはワイヤ１０が巻き取られていない状態が維持されることができる。
【００８３】
カップリング１９０によって、第２動力変換モジュール１００に設けられた第２動力軸が第１動力軸に連結されることができる。ここで、第２動力軸に設けられた３個の第２ドラムの一つは第２ワイヤ１３に垂直に対向し、第２ワイヤ１３に巻き取られることができる。第２動力軸に設けられた３個の第２ドラムのうち残りの二つはワイヤ１０が巻き取られていない状態が維持されることができる。
【００８４】
カップリング１９０によって、第３動力変換モジュール１００に設けられた第３動力軸が第２動力軸に連結されることができる。ここで、第３動力軸に設けられた３個の第３ドラムの一つは第３ワイヤ１５に垂直に対向し、第３ワイヤ１５に巻き取られることができる。第３動力軸に設けられた３個の第３ドラムのうち残りの二つはワイヤ１０が巻き取られていない状態が維持されることができる。
【００８５】
浮遊ユニット２００によって第１ワイヤ１１が引っ張られれば、第１ドラムが順方向（ａ）に回転し、カップリング１９０によって第１動力軸、第２動力軸及び第３動力軸が一緒に同じプリセット方向に回転することができる。同様に、第２ワイヤ１３が引っ張られて第２ドラムが順方向（ａ）に回転するとか、第３ワイヤ１５が引っ張られて第３ドラムが順方向（ａ）に回転しても、各動力軸１３０は同じプリセット方向に一緒に回転することができる。よって、第１動力軸、第２動力軸及び第３動力軸の少なくとも一つに発電機９０の軸９１が連結されれば、発電機９０は正常に駆動されることができる。
【００８６】
図９及び図１０の実施例によれば、同じ規格の動力変換モジュール１００のみ複数設けられれば、多様な規格の浮遊ユニット２００から引き出されたワイヤ１０が連結されることができると分かる。
【００８７】
図１１は本発明のさらに他の実施例による動力変換モジュール１００を示す概略図である。
【００８８】
図１１に示した動力変換モジュール１００によれば、一つの動力軸１３０に一つのドラム１１０が取り付けられることができる。その代わりに、動力軸１３０の長さが複数のドラム１１０が取り付けられたものと比較して短く形成されることができる。一例として、図１１の実施例による動力軸１３０は０．５ｍの長さを有することができる。
【００８９】
第１ワイヤ１１と第２ワイヤ１３が１ｍだけ離隔した場合、第１ワイヤ１１と第２ワイヤ１３に垂直に対向するドラム１１０を提供するために、総３個の動力軸１３０がカップリング１９０によって連結されることができる。このようになれば、中間に配置された動力軸１３０は単に他の動力軸１３０に連結されるための用途にだけ機能することができる。この場合、不必要な動力変換モジュール１００を排除するために、カップリング１９０は長さ０．５ｍで伸びたものを用いることができる。長さ０．５ｍのカップリング１９０が適用されれば、中間の不必要な動力変換モジュール１００を排除することができる。
【００９０】
使用環境によって多様な長さのカップリング１９０が備えられれば、動力変換モジュール１００の規格化に有利であり得る。一例として、一つの動力軸１３０に複数のドラム１１０が取り付けられた動力変換モジュール１００が規格化して製作されるとか、一つの動力軸１３０に一つのドラム１１０が取り付けられた動力変換モジュール１００が規格化して製作されても、各動力軸１３０を連結するカップリング１９０の長さ選択によって、多様な環境に規格化した動力変換モジュール１００を適用することができる。
【００９１】
図１２は浮遊式波力発電装置に適用された本発明の１軸動力変換装置を示す概略図である。図１３は浮遊式波力発電装置に適用された１軸動力変換装置の平面図である。
【００９２】
動力変換モジュール１００は海上に取り付けられてもかまわない。一例として、動力変換モジュール１００は海水面５０に浮遊する浮遊ユニット２００に取り付けられることができる。これを浮遊式波力発電装置と定義することができる。本発明の１軸動力変換装置は浮遊式波力発電装置に特に好適であり得る。
【００９３】
浮遊式波力発電装置においては、動力変換モジュール１００に連結される発電機９０も浮遊ユニット２００に取り付けられることができる。浮遊ユニット２００に設置された発電機９０及び動力変換モジュール１００は浮遊ユニット２００とともに海水面に浮遊することができる。本実施例によれば、浮遊ユニット２００を支持するワイヤ１０が海上から陸地まで伸びる必要がない。その代わり、発電機９０で生産された電気を陸地に伝送する伝送ケーブル８０が取り付けられることができる。
【００９４】
図１２に示した浮遊式波力発電装置においては、海底に方向転換部３１０の代わりにワイヤ１０の一端が固定されるアンカー３８０が設けられることができる。この場合、一端が連結されたワイヤ１０は連結点を通過して方向転換部３１０にかけられることができる。
【００９５】
方向転換部３１０は発電機９０及び動力変換モジュール１００とともに浮遊ユニット２００に取り付けられ、浮遊ユニット２００とともに浮遊することができる。
【００９６】
各ワイヤ１０に連結された各ドラム１１０が全て同じ方向に回転するように、一端がアンカー３８０に連結されたワイヤ１０の他端は動力軸１３０を基準として同じ一側からドラム１１０に入力されることが好ましい。
【００９７】
複数のワイヤ１０が動力軸１３０の同一側から入力されるように、方向転換部３１０は動力軸１３０の同一軸に全て配置されることができる。
【００９８】
浮遊ユニット２００の浮力が毀損しないように、動力変換モジュール１００はできるだけ簡素な構成に構成されることが好ましい。よって、浮遊ユニット２００に設定本数のワイヤ１０が取り付けられる場合、動力変換モジュール１００は単一動力軸１３０、及びワイヤ１０の本数に対応して単一動力軸１３０に取り付けられるドラム１１０を含むことが好ましい。一例として、浮遊ユニット２００に実装される動力変換モジュール１００は図９の実施例と同様に形成されることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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